Cinética química: lei da velocidade proenem Notas de revisão para ENEM Química

Cinética química: lei da velocidade

O que é a lei da velocidade?

A velocidade de uma reação química está diretamente relacionada às concentrações dos reagentes que participam da reação. Essa relação é expressa matematicamente através da lei da velocidade.

infoNote

A lei da velocidade é uma ferramenta fundamental para entender e prever como fatores externos afetam a rapidez com que uma reação química ocorre.

A velocidade depende de dois fatores principais:

As concentrações dos reagentes elevadas a determinadas potências
Uma constante específica para cada reação química

Fórmula geral da lei da velocidade

Para uma reação genérica A + B → C + D, a lei da velocidade é expressa como:

$v = k \times [A]^x \times [B]^y$

Onde:

v = velocidade da reação
k = constante de proporcionalidade (específica para cada reação e depende apenas da temperatura)
[A], [B] = concentrações dos reagentes em mol/L
x, y = expoentes determinados experimentalmente (não necessariamente iguais aos coeficientes da equação)

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Os expoentes x e y devem ser determinados experimentalmente e não podem ser assumidos como iguais aos coeficientes estequiométricos da equação balanceada.

Ordem da reação

A ordem da reação indica como a concentração de cada reagente influencia a velocidade. Existem três tipos principais:

Ordem zero

A velocidade não se altera quando variamos a concentração do reagente
O expoente é igual a 0
Exemplo: se [A] dobra, a velocidade permanece igual

Primeira ordem

A velocidade é diretamente proporcional à concentração
O expoente é igual a 1
Exemplo: se [A] dobra, a velocidade também dobra

Segunda ordem

A velocidade é proporcional ao quadrado da concentração
O expoente é igual a 2
Exemplo: se [A] dobra, a velocidade quadruplica

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Dica de memorização:

Zero = sem mudança na velocidade
Primeira = dobra concentração, dobra velocidade
Segunda = dobra concentração, quadruplica velocidade

Ordem global

A ordem global da reação é a soma de todos os expoentes:

$\text{Ordem global} = x + y$

Reações elementares vs não elementares

Reações elementares

Ocorrem em uma única etapa
A ordem em relação a cada reagente é igual aos coeficientes estequiométricos da equação
Exemplo: $\text{H}_2\text{(g)} + \text{I}_2\text{(g)} \rightarrow 2\text{HI(g)}$ $H_{2} (g) + I_{2} (g) \to 2 HI(g)$
- Lei da velocidade: $v = k[\text{H}_2]^1 \times [\text{I}_2]^1$

Reações não elementares

Ocorrem em múltiplas etapas
A etapa mais lenta determina a velocidade global
A ordem deve ser determinada experimentalmente
Os expoentes podem ser diferentes dos coeficientes estequiométricos

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Regra fundamental: Em reações não elementares, a etapa lenta (etapa determinante) é que define a lei da velocidade da reação global.

Como determinar a ordem experimentalmente

Para descobrir a ordem da reação, comparamos experimentos onde variamos a concentração de um reagente mantendo os outros constantes.

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Exemplo Prático: Determinação da Ordem da Reação

Experimento	[A] mol/L	[B] mol/L	Velocidade
1	0,1	0,2	0,1
2	0,2	0,2	0,4
3	0,2	0,4	0,8

Análise:

Experimentos 1 e 2: [B] constante, [A] dobra → velocidade quadruplica → ordem 2 em relação a A
Experimentos 2 e 3: [A] constante, [B] dobra → velocidade dobra → ordem 1 em relação a B

Resultado: $v = k[A]^2 \times [B]^1$ (ordem global = 3)

Sistemas heterogêneos

Quando os reagentes estão em estados físicos diferentes, consideramos apenas aqueles com maior grau de liberdade:

chatImportant

Grau de liberdade: gasoso > líquido > sólido

Apenas os reagentes com maior grau de liberdade aparecem na lei da velocidade.

Exemplos:

$2\text{X(l)} + \text{Y(g)} \rightarrow \text{Z(g)}$ : $v = k \times [\text{Y}]^1$ (consideramos apenas o gás)
$2\text{X(l)} + \text{Y(s)} \rightarrow \text{Z(g)}$ : $v = k \times [\text{X}]^2$ (consideramos apenas o líquido)

Exemplo de exercício resolvido

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Exercício Resolvido: Lei da Velocidade em Reações Não Elementares

Questão: Veículos emitem óxidos de nitrogênio que destroem a camada de ozônio. A reação ocorre em duas etapas:

1ª etapa: $\text{O}_3 + \text{NO}_2 \rightarrow \text{O}_2 + \text{NO}_3$ (lenta) 2ª etapa: $\text{NO}_2 + \text{NO}_3 \rightarrow \text{N}_2\text{O}_5$ (rápida)

Qual é a lei da velocidade?

Resolução: Como a reação é não elementar, a etapa lenta determina a velocidade. Portanto:

$v = k[\text{O}_3] \times [\text{NO}_2]$

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Pontos-Chave para Lembrar:

A lei da velocidade relaciona a velocidade da reação com as concentrações dos reagentes através da fórmula $v = k[A]^x[B]^y$
A ordem da reação (0, 1, 2) indica como a concentração afeta a velocidade e deve ser determinada experimentalmente
Em reações elementares, os expoentes são iguais aos coeficientes estequiométricos; em reações não elementares, a etapa lenta determina a lei da velocidade
Para sistemas heterogêneos, considere apenas os reagentes com maior grau de liberdade (gasoso > líquido > sólido)
Compare experimentos variando uma concentração por vez para determinar a ordem de cada reagente

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